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面向SEEE模型的信息采集系统构建与传感器优化布置研究

作　者: 何正亚
导　师: 方潜生
学　校: 安徽建筑工业学院
专　业: 市政工程
关键词: 建筑能耗 SEEE模型信息采集系统 CFD 传感器优化布置
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

我国每年新建的建筑面积大约在16~19亿平方米之间,和发达国家相比,目前已经超过所有发达国家每年竣工面积的总和。在新建建筑中,真正称得上是节能建筑的不足1亿平方米,建筑节能潜力巨大。同时,在既有近400亿平方米的建筑中,仅有1%可以视为节能建筑,其余无论在建筑围护结构上还是用采暖空调系统来衡量,均属于高耗能建筑。据统计,在我国每年能源消费总量中,建筑耗能总量已占总能源消耗的三成左右,在能源日趋溃乏的今天,建筑节能设计和既有建筑的节能改造势在必行,所以对建筑能耗进行分析和实现节能的经济性具有重大意义。基于WSN(无线传感网络)的时空SEEE(Synthetical- Energy-Economy-Estimator)模型,通过分析建筑能耗、人体舒适度和环境健康度的情况下,实现建筑的能量智能,让建筑能够适应周围环境变化,自主获得健康、舒适的节能状态。其核心是空间数据的获取、传输和计算。所以本文围绕如何准确获得空间整体信息来展开。首先,通过对现有信息采集系统的现状分析,研究有线和无线传感网络的技术的发展,结合SEEE模型对数据的要求,构建一种低成本、低功耗的无线数据采集系统,实现SEEE模型中温度、湿度、气压、CO、CO2和VOCs等环境信息数据的采集和无线传输。该无线数据采集系统采用扩展性比较强的UCB telosb硬件平台,同时硬件平台采用的操作系统具有良好的可移植性,能够充分发挥平台的硬件性能,有效的降低系统的功耗。其次,针对建筑空间环境中各种信息分布的不确定性,本文结合SEEE模型提出的高精度点测量和低精度面测量的WSN布局原理,采用数值模拟技术(CFD: computational fluid dynamics)对建筑单元内的温湿度场进行数值模拟分析,掌握建筑单元内温湿度场变化规律。通过实验对数值模拟的结果进行验证,实验结果表明,仿真结果在误差允许范围内,与实测值基本吻合,是准确可行的,可以为传感器节点布置中关键位置点的选取提供参考。最后,本文选取温湿度梯度场等温线上曲率较大的点和等温线密集的点作为关键位置点,通过优化关键位置点来布置传感器节点,从而有针对性的获取各类数据。通过软件仿真传感器节点优化分配方案,仿真结果分析表明,选取的传感器优化布置策略能够合理的规划区域中各传感器节点,使得各传感器节点的效能得到很好的利用。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-12
插图或附表清单  12-14
第一章绪论  14-24
  1.1 课题背景与意义  14-15
  1.2 国内外研究现状  15-23
    1.2.1 建筑环境模拟研究现状  15-16
    1.2.2 无线传感网络研究现状  16-21
    1.2.3 传感网络优化研究现状  21-23
  1.3 研究内容与技术路线  23-24
第二章基础理论与方法  24-33
  2.1 嵌入式TinyOS 操作系统  24-27
    2.1.1 操作系统概述  24-26
    2.1.2 nesC 语言简介  26-27
    2.1.3 nesC 语言应用程序框架  27
  2.2 数值模拟基本理论  27-31
    2.2.1 气流组织数值模拟  27-28
    2.2.2 房间气流组织形式  28-29
    2.2.3 房间气流组织的特点  29-30
    2.2.4 数值模拟软件介绍  30-31
  2.3 本章小结  31-33
第三章面向SEEE 模型的信息采集系统设计  33-51
  3.1 信息采集节点的定制  33-37
    3.1.1 传感器选型  33-36
    3.1.2 传感器拓扑结构选择  36-37
  3.2 节点硬件电路设计  37-41
    3.2.1 温度传感器单元  37-38
    3.2.2 气压传感器单元  38-39
    3.2.3 CO、VOCs 信息采集模块  39-41
  3.3 节点程序设计  41-47
    3.3.1 节点硬件程序设计  41-45
    3.3.2 节点应用程序设计  45-47
  3.4 系统测试与结果分析  47-49
    3.4.1 节点带负载能力测试  47
    3.4.2 数据通信可靠性分析  47-49
  3.5 本章小结  49-51
第四章面向SEEE 模型的温湿度场模拟与验证  51-62
  4.1 数值模拟计算方法  51-54
    4.1.1 模拟方法与湍流模型选择  51-52
    4.1.2 典型房间模型描述  52-53
    4.1.3 假设条件与参数设定  53-54
  4.2 房间内空气流态与温湿度特征分析  54-58
    4.2.1 房间空气流态特征  54-56
    4.2.2 房间温度与湿度场特征  56-58
  4.3 房间内环境温度场的实验验证  58-60
    4.3.1 实验目的和内容  58-59
    4.3.2 实测与仿真的结果比较  59-60
  4.4 本章小结  60-62
第五章传感器节点优化布置  62-70
  5.1 传感网络特性  62-63
  5.2 布置方案设计  63-66
    5.2.1 关键位置点选取  63-64
    5.2.2 关键位置点优化分配  64-66
  5.3 仿真分析  66-69
  5.4 本章小结  69-70
第六章结论与展望  70-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
作者简介及读研期间主要科研成果  75-76

面向SEEE模型的信息采集系统构建与传感器优化布置研究

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